射頻E類功率放大器并聯(lián)電容技術(shù)研究

為了方便對(duì)非線性電容進(jìn)行分析和計(jì)算，2000年A.Mediano等人提出了線性等效電容和形狀因子的概念，分別用CEQ和α表示。

線性等效電容是一個(gè)恒定不變的電容(因此可認(rèn)為是線性的)，能夠代替非線性晶體管輸出寄生電容Cout(v)，同時(shí)在晶體管開關(guān)閉合期間的最后時(shí)刻又能產(chǎn)生和使用非線性電容時(shí)相同的歸一化工作狀態(tài)(即在晶體管開關(guān)開啟瞬間集電極為零電壓)，并且保持放大器其他元件的值。用這個(gè)等效電容取代非線性晶體管寄生輸出電容后，可以采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)E類功率放大器，并且能達(dá)到同樣的目的。

形狀因子用來(lái)表征并聯(lián)電容C1的非線性程度，表達(dá)式為

當(dāng)α=0時(shí)，C1為線性；α=1時(shí)，放大器并聯(lián)電容完全由非線性晶體管輸出寄生電容Cout(v)構(gòu)成。

為了計(jì)算這個(gè)等效電容，需要知道器件的輸出電容與電壓的關(guān)系。因此，每一個(gè)影響VD(t)的放大器參數(shù)都會(huì)同樣影響Cout(v)。因此，電源電壓和形狀因子在對(duì)CEQ的影響上起著重要作用，表達(dá)式為

圖3所示為不同電源電壓情況下等效電容的變化情況；圖4為晶體管漏端電壓波形受形狀因子α的影響變化情況。

要計(jì)算出準(zhǔn)確的等效電容值，首先必須有一個(gè)完全線性的E類功率放大器電路，采用傳統(tǒng)功率放大器電路分析方法從中獲得線性并聯(lián)電容C1。用C1代替不是完全非線性的非線性電容，并通過(guò)不斷改變Cj0的值直到滿足最大工作效率狀態(tài)，即ZVS(zero-voltage switching)和ZVDS(zero-voltage-derivative switching)。此時(shí)得到的非線性電容值即為前文提到的線性等效電容。

3 合并聯(lián)電容的E類功率放大器設(shè)計(jì)方法

由于并聯(lián)電容對(duì)放大器電路的影響，含并聯(lián)電容的E類功率放大器設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法有所不同。在設(shè)計(jì)中需要充分考慮并聯(lián)電容的影響，在不同pn結(jié)漸變系數(shù)、不同信號(hào)占空比等條件下，通過(guò)計(jì)算滿足最優(yōu)化工作狀態(tài)ZVS和ZVDS時(shí)放大器的電路元件參數(shù)值，如附加電容、諧振電容和電感、補(bǔ)償電抗、負(fù)載等，從而獲得放大器的設(shè)計(jì)參數(shù)。文獻(xiàn)[5]給出了針對(duì)任意形狀因子、信號(hào)占空比、負(fù)載品質(zhì)因數(shù)的E類功率放大器的詳細(xì)設(shè)計(jì)流程圖，并給出了負(fù)載品質(zhì)因數(shù)為5時(shí)的設(shè)計(jì)數(shù)值結(jié)果表，為廣大設(shè)計(jì)者提供了設(shè)計(jì)參考。

4 結(jié)語(yǔ)

并聯(lián)電容在E類功率放大器中的作用十分重要，受到了人們的廣泛關(guān)注。本文對(duì)E類功率放大器中的并聯(lián)電容進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并給出了計(jì)算方法；對(duì)并聯(lián)電容在E類功率放大器中的作用進(jìn)行了分析，同時(shí)還給出了含并聯(lián)電容的E類放大器設(shè)計(jì)方法，以方便E類功率放大器的設(shè)計(jì)。